一种空间交会对接装置

摘要

本发明涉及一种空间交会对接装置，其包含阳极组件和阴极组件；所述的阳极组件安装在被服务航天器上；所述的阴极组件安装在服务航天器上；将阳极组件插入到阴极组件内部并由阴极组件对阳极组件锁定，实现被服务航天器和服务航天器之间安全可靠的交会对接，从而完成不同的在轨服务任务。

权利要求

1.一种空间交会对接装置，其特征在于，包含：阳极组件和阴极组件；所述的阳极组件安装在被服务航天器上，所述的阴极组件安装在服务航天器上，将阳极组件插入到阴极组件内部并由阴极组件对阳极组件锁定，实现被服务航天器和服务航天器之间的交会对接；

其中，

所述的阳极组件包含：

阳极对接件（9）；

阳极对接轴（11），其与所述阳极对接件（9）的底部连接，该阳极对接轴（11）具有一T形接头；

衔铁（10），其安装在所述阳极对接件（9）的底面；

所述的阴极组件包含：

阴极对接件（1）；

旋转开槽对接轴（5），其上开设有T形槽（501），所述的旋转开槽对接轴（5）安装在所述的阴极对接件（1）的内部并且通过轴承（3）与其连接；

线圈（2），其缠绕设置在所述的旋转开槽对接轴（5）的中心，形成提供吸合力的电磁铁芯；

接触开关（4），其安装在所述的旋转开槽对接轴（5）的T形槽（501）的底部；

步进机构，其分别与所述的阴极对接件（1）和旋转开槽对接轴（5）连接；

其中，所述的步进机构包含：

步进电机（8），其与所述的阴极对接件（1）连接；

小齿轮（7），其与所述的步进电机（8）的轴连接；

大齿轮（6），其与所述的小齿轮（7）相互啮合，且该大齿轮（6）与所述的旋转开槽对接轴（5）的底部连接。

2.如权利要求1所述的空间交会对接装置，其特征在于，所述的阳极组件还包含若干导向块（12），其间隔均匀的安装在所述阳极对接件（9）的外圆周上。

3.如权利要求2所述的空间交会对接装置，其特征在于，所述的阴极对接件（1）的外圆周上间隔均匀的开设有若干导向槽（101），该若干导向槽（101）的开设数目与所述的导向块（12）相同并且设置位置一一对应，每个导向块（12）对应插入到各个导向槽（101）中。

4.如权利要求1所述的空间交会对接装置，其特征在于，所述的轴承（3）的外圈与所述阴极对接件（1）连接，该轴承（3）的内圈与旋转开槽对接轴（5）连接。

5.如权利要求1所述的空间交会对接装置，其特征在于，所述的大齿轮（6）的上表面上开设有若干凹槽（601）。

6.如权利要求5所述的空间交会对接装置，其特征在于，所述的阴极对接件（1）的底部对应设置有若干凸台（102），当所述的大齿轮（6）与所述的旋转开槽对接轴（5）的底部连接后，阴极对接件（1）上的若干凸台（102）分别对应插入大齿轮（6）上表面上的若干凹槽（601）中，限制旋转开槽对接轴（5）的转动角度。

说明书

一种空间交会对接装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种空间交会对接装置，尤其是指一种用于卫星和平台之间的对接停靠装置，属于空间交会对接技术领域。

背景技术

[0002] 随着空间技术的进步，全球每年发射的卫星和航天器的数量在不断增加，随之而来的是空间工作的多样性和复杂性也迅速增长，因此对舱外活动的需求也日益增加。例如对在轨航天器的抓捕、维修、燃料补充和模块更换等，另外还包括外空间环境的科学实验，对空间垃圾的清理等等舱外活动。

[0003] 原来这些任务主要由宇航员完成，但这些舱外活动会受到诸多限制：首先，宇航员的力量与工作范围有限，对于大尺寸的航天设备（如空间站）的安装无能为力；其次，由于氧气供应和外太空辐射等含有危险的原因，宇航员的舱外连续工作时间有限；另外，由于太空微重力、高真空、强辐射和微小行星体的存在，在太空环境下从事各种作业，对宇航员来说是十分困难和危险的；同时为支持宇航员的舱外活动，需要庞大而复杂的环境控制系统和生命保障系统，不可避免的带来巨大的费用支出。

[0004] 因此，世界各国都在积极地研究无人在轨服务技术，目前服务航天器除已有的航天飞机外，还出现了空间机器人、微小服务卫星等新概念服务航天器。为了实现航天器的自主在轨服务，首先必须完成服务航天器和被服务航天器之间安全可靠的对接，因此空间交会对接装置起到了至关重要的作用。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种空间交会对接装置，其能够实现服务航天器与被服务航天器之间安全可靠的交会对接，从而完成不同的在轨服务任务。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种空间交会对接装置，其包含阳极组件和阴极组件；所述的阳极组件安装在被服务航天器上；所述的阴极组件安装在服务航天器上；将阳极组件插入到阴极组件内部并由阴极组件对阳极组件锁定，实现被服务航天器和服务航天器之间的交会对接。

[0007] 所述的阳极组件包含：阳极对接件；阳极对接轴，其与所述阳极对接件的底部连接，该阳极对接轴具有一T形接头；衔铁，其安装在所述阳极对接件的底面。

[0008] 所述的阴极组件包含：阴极对接件；旋转开槽对接轴，其上开设有T形槽，所述的旋转开槽对接轴安装在所述的阴极对接件的内部并且通过轴承与其连接；线圈，其缠绕设置在所述的旋转开槽对接轴的中心，形成提供吸合力的电磁铁芯；接触开关，其安装在所述的旋转开槽对接轴的T形槽的底部；步进机构，其分别与所述的阴极对接件和旋转开槽对接轴连接。

[0009] 所述的阳极组件还包含若干导向块，其间隔均匀的安装在所述阳极对接件的外圆周上。

[0010] 所述的阴极对接件的外圆周上间隔均匀的开设有若干导向槽，该若干导向槽的开设数目与所述的导向块相同并且设置位置一一对应，每个导向块对应插入到各个导向槽中。

[0011] 所述的轴承的外圈与所述阴极对接件连接，该轴承的内圈与旋转开槽对接轴连接。

[0012] 所述的步进机构包含：步进电机，其与所述的阴极对接件连接；小齿轮，其与所述的步进电机的轴连接；大齿轮，其与所述的小齿轮相互啮合，且该大齿轮与所述的旋转开槽对接轴的底部连接。

[0013] 所述的大齿轮的上表面上开设有若干凹槽。

[0014] 所述的阴极对接件的底部对应设置有若干凸台，当所述的大齿轮与所述的旋转开槽对接轴的底部连接后，阴极对接件上的若干凸台分别对应插入大齿轮上表面上的若干凹槽中，限制旋转开槽对接轴的转动角度。

[0015] 本发明所提供的空间交会对接装置，采用阳极组件和阴极组件对接连接的方式，其优点和有益效果是：对接发射简单，锁定可靠；并且适合不同被服务航天器和不同服务航天器之间的有效对接，实现被服务航天器的有效停靠，完成被服务航天器与服务航天器之间的通信、充电、燃料加注、在轨维修和模块更换等不同的在轨服务任务。

附图说明

[0016] 图1为本发明中的空间交会对接装置的结构示意图；

[0017] 图2为本发明中的空间交会对接装置在卫星和平台之间的对接安装结构示意图；

[0018] 图3为本发明中的空间交会对接装置的阳极组件的仰视图；

[0019] 图4为本发明中的空间交会对接装置的阴极组件的俯视图；

[0020] 图5为本发明中的空间交会对接装置的阴极组件的仰视图；

[0021] 图6为本发明中的空间交会对接装置的阳极组件向阴极组件运动并对准时的结构示意图；

[0022] 图7为本发明中的空间交会对接装置的阳极组件插入阴极组件时的结构示意图；

[0023] 图8为本发明中的空间交会对接装置的阴极组件锁定阳极组件时的结构示意图。

具体实施方式

[0024] 以下结合图1～图8，详细说明本发明的一个优选实施例。

[0025] 本发明提供的空间交会对接装置包含阳极组件和阴极组件，所述的阳极组件安装在如卫星或其他空间机动飞行器的被服务航天器上，而所述的阴极组件则安装在如空间平台的服务航天器上。如图2所示，本实施例中的空间交会对接装置13安装在卫星14和空间平台15之间，其中，所述的阳极组件安装在卫星14的中心，并与卫星14相连接且与卫星前板相垂直，所述的阴极组件安装在空间平台15上的停泊位置，并与空间平台15相连接；通过将阳极组件插入到阴极组件内部并由阴极组件对阳极组件进行锁定，从而实现卫星14和空间平台15之间的交会对接。

[0026] 其中，如图1、图3和图6所示，所述的阳极组件包含：阳极对接件9；若干导向块12，其间隔均匀的安装在所述阳极对接件9的外圆周上，本实施例中，如图3所示，在阳极对接件9的外圆周上间隔均匀的安装有3个导向块12；阳极对接轴11，如图6所示，其与所述阳极对接件9的底部连接，该阳极对接轴11具有一T形接头；衔铁10，如图6所示，其安装在所述阳极对接件9的底面。

[0027] 如图1、图4～图8所示，所述的阴极组件包含：阴极对接件1，如图6所示，在所述阴极对接件1的外圆周上间隔均匀的开设有若干导向槽101，该若干导向槽101的开设数目与所述的导向块12相同并且设置位置一一对应，本实施例中，在阴极对接件1的外圆周上间隔均匀的开设有3个导向槽101，分别与阳极部件上的3个导向块12对应设置，使得每个导向块12能对应插入到导向槽101中；旋转开槽对接轴5，如图4所示，其上开设有T形槽501，如图7和图8所示，所述的旋转开槽对接轴5安装在所述的阴极对接件1的内部并且通过轴承3与其连接，该轴承3的外圈与阴极对接件1连接，该轴承3的内圈与旋转开槽对接轴5连接；线圈2，如图4和图7所示，其缠绕设置在所述的旋转开槽对接轴5的中心，形成电磁铁芯，通电时能够产生吸力，在对接过程中提供阳极组件和阴极组件之间的吸合力；接触开关4，其安装在所述的旋转开槽对接轴5的T形槽501的底部；步进机构，其分别与所述的阴极对接件1和旋转开槽对接轴5连接。

[0028] 如图4～图8所示，所述的步进机构包含：步进电机8，其与所述的阴极对接件1连接；小齿轮7，其与所述的步进电机8的轴连接；大齿轮6，其与所述的小齿轮7相互啮合，并且该大齿轮6与所述的旋转开槽对接轴5的底部连接。

[0029] 如图5所示，所述的大齿轮6的上表面上开设有若干个凹槽601，而在所述的阴极对接件1的底部对应设置有若干个凸台102，本实施例中，分别设置有三个凹槽601和三个凸台102，当所述的大齿轮6与所述的旋转开槽对接轴5的底部连接后，使得阴极对接件1上的三个凸台102分别对应插入大齿轮6上表面上的三个凹槽601中，从而能够限制旋转开槽对接轴5的转动角度。

[0030] 在本发明所提供的空间交会对接装置工作时，卫星14和空间平台15的相对位置、姿态必须满足一定的条件，这些条件与卫星14的相对状态控制能力及空间平台15的总体要求相关。

[0031] 以下，详细描述本发明所述的空间交会对接装置在捕获、对接以及锁定卫星14和空间平台15的整个工作过程，具体包括以下三个阶段：

[0032] 一、进入阶段

[0033] 当卫星14需要对接停靠时，首先需要调整好其初始姿态，如图6所示，空间交会对接装置的阳极组件安装在卫星14上，其以一定的速度向安装在空间平台15上的阴极组件运动，在这一阶段卫星14的姿态控制要确保阳极对接件9上的各个导向块12和阴极对接件1上的各个导向槽101之间的位置误差在一定范围内。

[0034] 当安装在卫星14上的阳极组件和安装在空间平台15上的阴极组件接近到一定距离时，缠绕设置在所述的旋转开槽对接轴5的内壁上的线圈2对衔铁10产生吸力，牵引阳极对接轴11的T形接头插入到旋转开槽对接轴5的T形槽中，并且使得阳极对接件9上的各个导向块12分别插入到阴极对接件1上的各个导向槽101中。

[0035] 二、对接阶段

[0036] 如图7所示，当阳极对接轴11的T形接头插入到旋转开槽对接轴5的T形槽中时，T形接头将设置在T形槽501底部的接触开关4按下，使该接触开关4被使能，此时卫星14和空间平台15之间进行位置和姿态的保持，当接触开关4连续使能一段时间之后，步进电机8接收到转动信号。

[0037] 三、锁紧阶段

[0038] 如图8所示，当步进电机8接收到转动信号后开始转动，该步进电机8的轴转动时带动小齿轮7转动，小齿轮7再将转动传递给与其啮合的大齿轮6，大齿轮6进一步带动旋转开槽对接轴5转动，当大齿轮6转动到一定角度时，将会受到大齿轮6上的凹槽601和阴极对接件1上的若干凸台102的限制，从而使阳极对接轴11的T形接头和旋转开槽对接轴5的T形槽501之间相对转动并形成一定夹角，使得T形接头被限制在旋转开槽对接轴5的圆周槽内，进而限制住整个阳极组件的运动，此时，步进电机8停止转动，完成阴极组件对阳极组件的锁定，使得卫星14和空间平台15之间实现对接。

[0039] 本发明所述的空间交会对接装置，采用阳极组件和阴极组件对接连接的方式，其优点和有益效果是：对接发射简单，锁定可靠；并且适合不同卫星和不同空间平台之间的有效对接，实现卫星的有效停靠，完成卫星与空间平台之间的通信、充电、燃料加注、在轨维修和模块更换等不同的在轨服务任务。

[0040] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。